DE1517910C3

DE1517910C3 - Device for generating an electric field of high field strength for the electrodialytic cleaning of liquids

Info

Publication number: DE1517910C3
Application number: DE1517910A
Authority: DE
Inventors: Noel Felici
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-04-28
Filing date: 1966-04-28
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE1517910A1; DE1517910B2; GB1144057A; US3444062A; NL6605748A; FR1441772A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes hoher Feldstärke zur elektrodialytischen Reinigung von Flüssigkeiten, bestehend aus zwei in einem Behälter angeordneten Elektroden, zwischen denen sich in gegenseitigem Abstand zwei selektiv permeable Membranen guter elektrischer Leitfähigkeit aus ionenaustauschendem Material über den gesamten Behälterquerschnitt erstrecken und eine Kammer begrenzen, die mit einer nichtleitenden Flüssigkeit hohen Dipolmomentes als Dielektrikum gefüllt ist.The invention relates to a device for generating an electric field of high field strength electrodialytic cleaning of liquids, consisting of two arranged in a container Electrodes between which two selectively permeable membranes are spaced apart Electrical conductivity from ion-exchanging material extend over the entire cross-section of the container and delimit a chamber with a non-conductive liquid of high dipole moment than Dielectric is filled.

Es ist seit einigen Jahren bekannt, hochreine polare Flüssigkeiten, d. h. Flüssigkeiten deren Moleküle ein hohes Dipolmoment besitzen, als dielektrisches Medium in kapazitiven Vorrichtungen, in denen starke elektrische Felder erzeugt werden sollen, zu verwenden.It has been known for a number of years to use high purity polar liquids; H. Liquids their molecules have a high dipole moment, as a dielectric medium in capacitive devices in which strong electric fields are to be generated to use.

Die nach einem Ionenaustauschverfahren gereinigten polaren Flüssigkeiten weisen zunächst bemerkenswert gute dielektrische Eigenschaften auf, die von den meisten anderen Stoffen nicht erreicht werden. Diese guten anfänglichen Eigenschaften verschlechtern sich zufolge von Verunreinigungen der Flüssigkeit während des Betriebes der Vorrichtungen erheblich. Die Verunreinigungen sind verschiedenen Ursprungs. Sehr geringe Mengen davon, beispielsweise die in geringen Konzentrationen von den Wandungsoberflächen des Glases oder anderer Behälterwerkstoffe abgelösten Substanzen, reichen bereits aus, um die dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit erheblich zu verschlechtern und damit die von der Verwendung polarer Flüssigkeiten erwarteten Vorteile vollständig zunichte werden zu lassen.The polar liquids purified by an ion exchange process initially show remarkable good dielectric properties which most other substances cannot achieve. This good initial properties deteriorate due to contamination of the liquid during the operation of the devices significantly. The impurities are of various origins. very small amounts thereof, for example those in low concentrations from the wall surfaces of the Substances removed from glass or other container materials are already sufficient to create the dielectric Properties of the liquid deteriorate significantly and thus the use of polar Liquids to completely nullify anticipated benefits.

Ein bekanntes Verfahren zur Behebung dieses Nachteils besteht darin, die dielektrische Flüssigkeit fortlaufend durch Reinigungsvorrichtungen zirkulieren zu _y lassen, solange das Gerät in Betrieb ist, worin sie verwendet wird. Dies erfordert einen geschlossenen Kreislauf einschließlich einer Pumpe und eines Regenerators außerhalb des elektrischen Gerätes. Dieses Verfahren ist kompliziert, aufwendig und vollständig ungeeignet für eine große Anzahl von Anwendungsfällen, beispielsweise bei Kleinstgeräten, wo geringer Platzbedarf, niedriges Gewicht, geringe Leistungsaufnahme und stabiler einfacher Aufbau wesentliche Forderungen sind.A known method of overcoming this disadvantage is the dielectric fluid continuously circulate through cleaning devices allow for _y, as long as the unit is in operation, wherein it is used. This requires a closed circuit including a pump and a regenerator outside the electrical device. This method is complicated, time-consuming and completely unsuitable for a large number of applications, for example in the case of small devices, where low space requirements, low weight, low power consumption and a stable, simple structure are essential requirements.

Es ist bereits eine Elektrodialyse-Vorrichtung der einleitend angegebenen Gattung bekannt, die aus drei in einem Behälter nebeneinander angeordneten, mit Flüssigkeit gefüllten Kammern besteht, wobei die mittlere Kammer von den Seitenkammern durch Membranen getrennt ist, die für positive bzw. negative Ionen selektiv durchlässig sind. In den Seitenkammern sind Elektroden, nämlich eine Anode bzw. eine Kathode, angeordnet und mit den entsprechenden Klemmen einer Hochspannungsquelle verbunden, um dasThere is already an electrodialysis device of the type indicated in the introduction, which consists of three in a container arranged next to each other, filled with liquid chambers, wherein the middle chamber is separated from the side chambers by membranes for positive and negative respectively Ions are selectively permeable. In the side chambers are electrodes, namely an anode and a cathode, arranged and connected to the corresponding terminals of a high voltage source to the

elektrische Feld für den Betrieb aufzubauen. Die mittlere Kammer ist mit einer verhältnismäßig reinen polaren Flüssigkeit gefüllt und die Seitenkammern mit Flüssigkeiten, die nach einer bevorzugten Ausführungsform zunächst mit der Flüssigkeit in der mittleren Kammer identisch ist. Bei dem Betrieb dieser bekannten Vorrichtung wandern die Verunreinigungsionen beiderlei Vorzeichens von der mittleren Kammer durch die entsprechenden selektiv durchlässigen Membranen in die entsprechenden Seitenkammern, wodurch die Verunreinigungsionen aus der Flüssigkeit der mittleren Kammer entfernt werden. Der Reinigungsprozeß setzt sich praktisch unbegrenzte Zeit fort.build up electric field for operation. The middle chamber is relatively pure with a polar liquid filled and the side chambers with liquids, which according to a preferred embodiment initially with the liquid in the middle Chamber is identical. In the operation of this known device, the impurity ions migrate both signs from the middle chamber through the corresponding selectively permeable membranes into the appropriate side chambers, removing the contaminant ions from the liquid the middle chamber. The cleaning process continues for a practically unlimited time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Gattung zu schaffen, die besonders klein und einfach aufgebaut ist.The invention is based on the object to provide a device of this type that is particularly is small and simple.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membranen unmittelbar an die Elektroden angrenzen oder selbst als Elektroden ausgebildet sind.According to the invention, this object is achieved in that the membranes are directly attached to the electrodes adjoin or are designed as electrodes themselves.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß das Reinigungsverfahren mit mindestens dem gleichen Wirkungsgrad auch ohne die Seitenkammern und die darin enthaltene Flüssigkeit durchführbar ist, sofern die nachstehend beschriebenen Vorkehrungen ergriffen werden. Diese bestehen im wesentlichen darin, daß die selektiv durchlässigen Membranen selbst unmittelbar mit den Hochspannungspotentialen verbunden werden und somit die Elektroden der Vorrichtung bilden. Dabei findet die gewünschte Reinigung der dielektrischen polaren Flüssigkeit in der einzigen Kammer der Membrane selbst und an deren Grenzflächen statt, wobei der Wirkungsgrad dieser Reinigung »in situ« mindestens so hoch, wenn nicht höher als bei Verwendung von Seitenkammern ist.It has been shown that the cleaning process with at least the same efficiency can also be carried out without the side chambers and the liquid contained therein, provided that the following the precautions described must be taken. These consist essentially in the fact that the selectively permeable Membranes themselves are directly connected to the high voltage potentials and thus form the electrodes of the device. This takes place the desired cleaning of the dielectric polar Liquid in the single chamber of the membrane itself and at its interfaces instead, the The efficiency of this cleaning “in situ” is at least as high, if not higher, than when using Side chambers is.

Grundgedanke der Erfindung ist daher, daß die Membranen als selektiv durchlässige Elektroden arbeiten. Die Durchführbarkeit einer solchen Anordnung basiert im wesentlichen auf folgenden Überlegungen :The basic idea of the invention is therefore that the membranes act as selectively permeable electrodes work. The feasibility of such an arrangement is essentially based on the following considerations :

1. Selektiv durchlässiges Material kann selbst in trockenem Zustand eine erhebliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Diese Leitfähigkeit wird als im wesentlichen ionisch bedingt angesehen, wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird. Sie entspricht einem spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 10⁵ Ohm · cm mit einer spezifischen Kapazität von etwa 10⁴ Picofarad/cm² oder mehr bei einer etwa 0,3 mm starken Membran. 1. Selectively permeable material can have significant electrical conductivity even when dry. This conductivity is considered to be essentially ionic, as will be described in detail below. It corresponds to a specific resistance on the order of 10 ⁵ ohm · cm with a specific capacitance of about 10 ⁴ picofarads / cm ² or more for a membrane about 0.3 mm thick.

2. Verunreinigungsionen können sich in den Poren oder Zellen des selektiv permeablen Materials festsetzen. Auf diese Weise blockierte Ionen sind, auch wenn sie ihre elektrische Ladung beibehalten, für alle praktischen Zwecke auf Grund der Abschrimwirkung (Faraday-Käfig) der leitenden Wandungen der Zellen oder Poren, in denen sie eingesperrt sind, wirksam unschädlich gemacht oder neutralisiert.2. Impurity ions can reside in the pores or cells of the selectively permeable material fix. Ions blocked in this way, even if they retain their electrical charge, are for all practical purposes due to the shielding effect (Faraday cage) of the conductive The walls of the cells or pores in which they are locked are effectively harmless made or neutralized.

3. Die Fähigkeit solchen Materials zur Speicherung und Ansammlung von Ionen ist verhältnismäßig sehr groß, selbst wenn das Material in Form verhältnismäßig dünner Membranen verwendet wird. Demzufolge stellt die Ionensättigung der selektiv durchlässigen Membranelektroden im allgemeinen keine Beschränkung der praktischen Lebensdauer solcher elektrischer Geräte dar, die eine Vorrichtung nach der Erfindung enthalten.3. The ability of such material to store and accumulate ions is proportionate very large, even if the material is used in the form of relatively thin membranes will. As a result, the ion saturation of the selectively permeable membrane electrodes im generally does not constitute a restriction on the practical service life of such electrical devices that contain a device according to the invention.

Die Verwendung von selektiv durchlässigen Membranen als Elektroden in einer Vorrichtung nach der Erfindung stößt zunächst auf erhebliche Schwierigkeiten wegen der überaus starken elektrostatischen Kräfte, denen die Membranen notwendigerweise ausgesetzt sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung betreffen demzufolge die baulichen Merkmale, die eine Verformung und Verschiebung der Membranelektroden durch elektrostatische Kräfte verhindem. The use of selectively permeable membranes as electrodes in a device according to the Invention initially encountered considerable difficulties because of the extremely strong electrostatic Forces to which the membranes are necessarily exposed. Advantageous further developments of the invention consequently relate to the structural features that cause deformation and displacement of the membrane electrodes prevent by electrostatic forces.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der beispielsweise gewählten Ausführungsform in schematischer Vereinfachung wiedergebenden Zeichnung erläutert. The invention is illustrated schematically below with reference to the embodiment selected by way of example Simplification reproducing drawing explained.

Es zeigtIt shows

F i g. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt,F i g. 1 shows an embodiment of the device in section,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform einer semipermeablen, als Elektrode dienenden Membran im Schnitt,F i g. 2 another embodiment of a semi-permeable, membrane serving as electrode in section,

F i g. 3 einen Teil einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,F i g. 3 a part of a further embodiment of the device,

F i g. 3 A eine Teildarstellung einer weiteren Aus- - führungsform undF i g. 3 A shows a partial illustration of a further embodiment and

F i g. 4 eine schematische Darstellung zur Erklärung der verschiedenen Ionenaustauschvorgänge, die vermutlich in den semipermeablen Membranelektroden in der Vorrichtung nach der Erfindung stattfinden. F i g. 4 is a schematic illustration to explain the various ion exchange processes which presumably take place in the semipermeable membrane electrodes in the device according to the invention.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung kann einen Teil eines elektrischen Gerätes des Typs bilden, die mit einem starken elektrischen Feld in einem dielektrischen Medium arbeiten. Hierzu gehören beispielsweise Kerr-Zellen, für die sich die Vorrichtung nach der Erfindung unter anderem besonders gut eignet.The in F i g. The device shown in FIG. 1 may form part of an electrical device of the type shown in FIG work with a strong electric field in a dielectric medium. These include, for example Kerr cells, for which the device according to the invention is particularly well suited, among other things.

Die Vorrichtung besteht aus einem Ringkörper 1 aus Isoliermaterial, z. B. Polytetrafiuoräthylen (»Teflon«). Scheibenförmige Platten 8 und 8', die aus demselben Material bestehen können, verschließen die obere und die untere Öffnung des Ringkörpers 1 und sind_t beispielsweise mittels Schrauben 4 und 4' an diesem festgeschraubt. Die obere und die untere Platte 8 und 8' stützen sich mit den Außenkanten ihrer Innenflächen 11 und 11' gegen an den Öffnungen des Ringkörpers 1 durch stufenförmige Ausbildung vorgesehenen Ringschultern 2 und 2' ab. Die obere und die untere Platte 8 und 8' weisen jeweils einen Ringbund 10 und 10' auf, der sich nach innen bis in die Nähe je einer weiteren Ringschulter 3 und 3' erstreckt, * die ihrerseits innerhalb und unterhalb der ersten Ringschultern 2 und 2' liegen. Zwischen den Ringbunden 10,10' und den Ringschultern 3, 3' ist der Umfang je einer semipermeablen Membran 12 und 12' festgeklemmt. Die Kanten der Ringschultern 3, 3' sind abgerundet, um Abnutzung und Beschädigung der Membranen 12,12' zu vermindern. Zwischen jeder semipermeablen Membran 12,12' und der Innenfläche 11,11' der entsprechenden Platte 8, 8' ist je eine Stützscheibe 14 und 14' mit abgerundetem Umfangsbereich 16 bzw. 16' angeordnet. Die ebenen Stirnflächen der Umfangsbereiche ruhen auf den Innenflächen 11,11', und die nach innen gerichteten Flächen der Stützscheiben 14,14' besitzen einen breiten, ebenen, kreisförmigen Bereich, auf dem der entsprechende Flächenbereich der Außenfläche der jeweiligen Membran aufliegt, sowie einen abgerundeten, kreisförmigen Umfangsbereich, der in den Umfangsbereich 16 bzw. 16' übergeht und auf dem ein entsprechender RingbereichThe device consists of an annular body 1 made of insulating material, e.g. B. Polytetrafiuoräthylen ("Teflon"). Disk-shaped plates 8 and 8 ', which may consist of the same material, close the upper and the lower opening of the annular body 1 and _t are, for example, by means of screws 4 and 4' screwed to this. The upper and lower plates 8 and 8 'are supported with the outer edges of their inner surfaces 11 and 11' against annular shoulders 2 and 2 'provided at the openings of the annular body 1 by means of a stepped design. The upper and lower plates 8 and 8 'each have an annular collar 10 and 10', which extends inward up to the vicinity of a further annular shoulder 3 and 3 ', which in turn are inside and below the first annular shoulders 2 and 2 ' lie. The circumference of a semipermeable membrane 12 and 12 'is clamped between the ring collars 10, 10' and the ring shoulders 3, 3 '. The edges of the ring shoulders 3, 3 'are rounded in order to reduce wear and tear on the membranes 12, 12'. Between each semipermeable membrane 12, 12 'and the inner surface 11, 11' of the corresponding plate 8, 8 'there is a respective support disk 14 and 14' with a rounded peripheral area 16 and 16 '. The flat end faces of the peripheral areas rest on the inner surfaces 11, 11 ', and the inwardly directed surfaces of the support disks 14, 14' have a wide, flat, circular area on which the corresponding surface area of the outer surface of the respective membrane rests, as well as a rounded area , circular circumferential area which merges into the circumferential area 16 or 16 'and on which a corresponding ring area

der jeweiligen Membrane aufliegt. Die Abmessungen diei.er Teile sind so gewählt, daß im zusammengebauten Zustand die Stützscheiben 14,14' zusammen mit der umfänglichen Einklemmung die Membranen unter Spannung halten. Die nach innen gerichteten Flächen der Membranen sind in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet, so daß sie eine flache, kreisförmige Kammer 21 mit vergrößertem, kreisförmigem Umfang bilden. Diese Kammer 21 ist mit einer polaren Flüssigkeit 21 gefüllt. Zum Einfüllen der Flüssigkeit dient eine Einfüllöffnung 5 in dem Ringkörper 1, die mit einer Verschlußschraube 7 verschließbar ist.the respective membrane rests on. The dimensions diei.er parts are chosen so that in the assembled State the support disks 14, 14 'together with the circumferential wedging of the membranes under Keep tension. The inwardly facing surfaces of the membranes are at a certain distance from one another arranged so that they have a flat, circular chamber 21 with enlarged, circular Form scope. This chamber 21 is filled with a polar liquid 21. For filling in the liquid A filling opening 5 in the ring body 1, which can be closed with a screw plug 7, is used.

Die Hauptaufgabe der Stützscheiben 14,14' besteht darin, die semipermeablen Membranen 12,12' unter mechanischer Spannung festzuhalten, so daß sie sich nicht unter dem Einfluß der elektrostatischen Kräfte einander nähern können. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 dienen jedoch die Stützscheiben 14,14' gleichzeitig dazu, an die Außenfläche der Membranen gleichmäßig elektrische Spannungen anzulegen. Bei dieser Ausführungsform bestehen die Stützscheiben 14,14' daher aus hochleitendem Metall und dienen als Hilfselektroden oder potentialverteilende Elemente. Hierzu sind axial angeordnete elektrisch leitende Stäbe 13,13' mit ihren Innenenden gut elektrisch leitend mit den Mittelpunkten der Stützscheiben 14,14' verbunden und durch mittige Öffnungen in den Platten 8, 8' nach außen geführt. Der obere Stab 13 ist über ein Potentiometer 19 mit dem einen Pol einer schematisch dargestellten Hochspannungsquelle 20 verbunden, während der untere Stab 13' mit dem anderen Pol, der hier geerdet ist, verbunden ist. Die Hochspannungsquelle 20 kann beispielsweise ein elektrostatischer Hochspannungsgenerator mit umlaufendem Ladungsträger sein, der je nach Anwendungsfall eine Spannung von 100 kV oder mehr abgibt. The main task of the support disks 14, 14 'is to support the semipermeable membranes 12, 12' below mechanical tension so that they are not under the influence of electrostatic forces can approach each other. In the embodiment according to FIG. 1, however, the support disks 14,14 'are used at the same time to apply electrical voltages uniformly to the outer surface of the membranes. at In this embodiment, the support disks 14,14 'are therefore made of highly conductive metal and serve as Auxiliary electrodes or potential-distributing elements. For this purpose, axially arranged electrically conductive Rods 13, 13 'with their inner ends have good electrical conductivity with the centers of the support disks 14, 14' connected and passed through central openings in the plates 8, 8 'to the outside. The top rod 13 is via a potentiometer 19 to one pole of a high-voltage source 20 shown schematically connected, while the lower rod 13 'is connected to the other pole, which is grounded here. the High-voltage source 20 can, for example, be an electrostatic high-voltage generator with a rotating Be a charge carrier that, depending on the application, emits a voltage of 100 kV or more.

Bei Verwendung der Vorrichtung als Teil einer Kerr-Zelle ist ein gegen die mit der Flüssigkeit 21 gefüllte Kammer durch durchsichtige Fenster abgedichteter radialer Kanal 15 vorgesehen, durch den ein schmaler Lichtstrahl aus einer geeigneten Quelle durch den Mittelteil der Vorrichtung in einer Richtung hindurchtritt, die senkrecht zur Zeichnungsebene liegt. Der Lichtstrahl durchquert die Flüssigkeit 21, die in diesem Fall zusätzlich zu ihren übrigen nachstehend im einzelnen erläuterten chemischen und elektrischen Eigenschaften die erforderlichen doppelbrechenden Eigenschaften besitzt. Wenn das starke, von dem Hochspannungsgenerator 20 zwischen den Membranen 12,12' erzeugte, durch die gestrichelt dargestellten Kraftlinien angedeutete Gleichspannungsfeld in Abhängigkeit von einem veränderlichen Strom, beispielsweise dem Tonfrequenzstrom eines Mikrofons, moduliert wird, so wird der Lichtstrahl durch den bekannten Kerreffekt moduliert, so daß eine Aufzeichnung auf einer Filmtonspur hergestellt werden kann.When the device is used as part of a Kerr cell, a cell filled with the liquid 21 is opposite Chamber provided by transparent window sealed radial channel 15 through which a narrow Light beam from a suitable source passes through the central part of the device in one direction, which is perpendicular to the plane of the drawing. The light beam crosses the liquid 21 in this Case in addition to their other chemical and electrical properties detailed below has the required birefringent properties. If the strong one, from the high-voltage generator 20 generated between the membranes 12,12 ', shown by the dashed lines Lines of force indicated DC voltage field as a function of a variable current, for example the audio frequency current of a microphone, is modulated, so the light beam is through the known Kerr effect is modulated so that a recording can be made on a film soundtrack.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die semipermeablen Membranen 12 und 12' als Elektroden wirken, die das für den Betrieb der Vorrichtung erforderliche Hochspannungsfeld aufrechterhalten und gleichzeitig dazu dienen, die polare Flüssigkeit 21, die das dielektrische Medium zwischen den Elektroden darstellt, zu reinigen und ständig laufend in einem Zustand hoher Reinheit zu erhalten. Die Membranen 12 bzw. 12' können aus anodischem bzw. kathodischem Ionenaustauschmaterial hergestellt sein; d. h., die Membran 12 ist selektiv durchlässig für negative Ionen, und die Membran 12' ist selektiv durchlässig für positive Ionen.The essence of the invention is that the semipermeable membranes 12 and 12 'as electrodes act that maintain the high voltage field required for the operation of the device and at the same time serve the polar liquid 21, which is the dielectric medium between the electrodes represents, to clean and to keep constantly in a state of high purity. The membranes 12 and 12 'can be made of anodic or cathodic ion exchange material; d. H., membrane 12 is selectively permeable to negative ions and membrane 12 'is selectively permeable for positive ions.

Es hat sich als'vorteilhaft erwiesen, das elektrische Feld zwischen den Membranen 12,12' stufenweise aufzubauen. Hierzu kann die Spannung mittels des Potentiometers 19 langsam gesteigert werden, so daß das Feld in etwa einer Stunde von Null auf einen Wert von 10 kV/mm wächst. Der spezifische Widerstand der polaren Flüssigkeit 21 steigt zuerst rasch,It has proven advantageous to use the electrical Build up the field between the membranes 12,12 'in stages. To do this, the voltage can be adjusted using the Potentiometer 19 are slowly increased so that the field in about an hour from zero to one The value of 10 kV / mm increases. The specific resistance of the polar liquid 21 rises rapidly at first,

ίο dann langsam an und erreicht schließlich einen Wert, der etwa dem theoretischen Maximalwert entspricht, und der Verluststrom durch den von den Membranen 12 und 12' gebildeten Kondensator sinkt auf einen vernachlässigbaren Wert. Die volle Spannung über die Membranelektroden steht dann zum Aufbau eines starken elektrischen Feldes in der dielektrischen Flüssigkeit 21 7;ur Verfügung. Diese optimalen Betriebsbedingungen können für praktisch unbegrenzte Zeiträume während der gesamten Lebensdauer der Vorrichtung aufrechterhalten werden, ohne daß es notwendig ist, die Flüssigkeit 21 irgendwann zu erneuern oder zu regenerieren. Der Ringkörper 1 kann daher für immer abgeschlossen werden, -und "damit entfallen sämtliche Wartungsprobleme in dieser Hinsicht.ίο then slowly and finally reaches a value which corresponds approximately to the theoretical maximum value, and the leakage current through the membrane 12 and 12 'formed capacitor drops to a negligible value. The full tension over the Membrane electrodes are then used to build up a strong electric field in the dielectric liquid 21 7; ur disposal. These optimal operating conditions can be used for virtually unlimited periods of time during the life of the device can be maintained without it being necessary to renew the liquid 21 at any time or to regenerate. The ring body 1 can therefore be closed forever, -and "is omitted any maintenance problems in this regard.

Einen gewissen Einblick in die Prozesse, die innerhalb der Vorrichtung nach der Erfindung stattfinden, vermittelt die weitgehend schematische Darstellung nach F i g. 4. Diese zeigt einen Teil der anodischen, d. h. positiven semipermeablen Membran 12 mit dem angrenzenden Teil der polaren Flüssigkeit 21 auf der einen Seite und der metallischen Stützscheibe 14 auf der anderen Seite. Das elektrische Feld in der Flüssigkeit 21 wird durch den Vektor E dargestellt. Verunreinigungsionen in der Flüssigkeit 21 sind als mit einem Kreis umgebende Symbole dargestellt; es handelt sich sowohl um negative Verunreinigungsionen A~ als auch um positive Verunreinigungsionen C⁺. Das Feld E bewirkt, daß die negativen Ionen (Anionen) A~ zu der Membran 12 hin wandern, während die positiven Ionen (Kationen) C⁺ sich in die entgegengesetzte Richtung zu der anderen Membran 12' hin (nicht dargestellt) bewegen.A certain insight into the processes that take place within the device according to the invention is provided by the largely schematic representation according to FIG. 4. This shows part of the anodic, ie positive, semipermeable membrane 12 with the adjoining part of the polar liquid 21 on one side and the metallic support disk 14 on the other side. The electric field in the liquid 21 is represented by the vector E. Impurity ions in the liquid 21 are shown as symbols surrounded by a circle; both negative impurity ions A ~ and positive impurity ions C ^{+ are involved} . The field E causes the negative ions (anions) A ~ to migrate towards the membrane 12, while the positive ions (cations) C ⁺ move in the opposite direction towards the other membrane 12 '(not shown).

Es sind drei grundlegende Prozesse dargestellt, durch die die negativen Verunreinigungsionen A~ auf und in der Membran 12 neutralisiert oder unschädlich gemacht werden können. Sämtliche drei Prozesse finden im Betrieb der Vorrichtung nach der ErfindungThree basic processes are shown by which the negative impurity ions A ~ and can be neutralized or rendered harmless in the membrane 12. All three processes find in the operation of the device according to the invention

wahrscheinlich gleichzeitig statt. "'probably held at the same time. "'

Ein erster Prozeß (1) wird mit Ionenentladung an der »Grenzfläche« bezeichnet. Bei diesem Prozeß wird ein Verunreinigungsanion A~, das den Grenzflächenbereich 50 der Flüssigkeitsmembran erreicht und die Innenfläche der Membran 12 berührt, sofort nach der Reaktion A~ -> A + e~ entladen, wobei A das neutrale Verunreinigungsatom und e~ ein Elektron darstellt.A first process (1) is called ion discharge at the "interface". In this process, an impurity anion A ~ which reaches the interface region 50 of the liquid membrane and which Touched the inner surface of the membrane 12 immediately after the reaction A ~ -> A + e ~ discharge, where A is the neutral impurity atom and e ~ is an electron represents.

Ein zweiter, sehr wichtiger Prozeß (2) wird mit »Ionenübertragung« bezeichnet. Eine Vielzahl von Verunreinigungsanionen A~, die nicht an der Grenzfläche 50 durch Oberflächenentladung entladen worden sind, dringen in die Membran ein und beginnen durch deren zwischenmolekulare Poren oder Zellen zu wandern, bis das Verunreinigungsanion an irgendeinem Punkt innerhalb der Membrandicke ein bewegliches negatives Ion ersetzt, beispielsweise ein Chloranion Cl~ der Membran, und an dieser Stelle innerhalb der Membran blockiert wird. Das mobilisierte Cl^--IOn wandert seinerseits durch die Membran, bis es dieA second, very important process (2) is called "ion transfer". A plurality of impurity anions A ~, which have not been discharged by surface discharge at the interface 50, penetrate the membrane and begin to migrate through its intermolecular pores or cells until the impurity anion replaces a mobile negative ion at some point within the membrane thickness, for example a chlorine anion Cl ~ of the membrane, and is blocked at this point within the membrane. The mobilized Cl ^- -IOn in turn migrates through the membrane until it reaches the

gegenüberliegende Membrangrenzfläche 51 erreicht, wo es sich nach der Reaktion Gh -» Cl -(- e~ entlädt, und ein neutrales Chloratom Cl an dieser Grenzfläche bildet.reaches opposite membrane boundary surface 51, where it discharges after the reaction Gh - »Cl - (- e ~, and forms a neutral chlorine atom Cl at this interface.

Schließlich wird der dritte Prozeß (3) mit »Ionenwanderung« bezeichnet. In diesem Fall gelingt es einem Verunreinigungsanion A~, das durch den Grenzflächenentladungsprozeß (1) an der Flüssigkeitsmembran-Grenzfläche 50 nicht entladen wurde, die volle Stärke der Membran zu durchqueren, und es wird an der gegenüberliegenden Grenzfläche 51 nach der Reaktion A~ -> A -\- e~ entladen, wobei ein Verunreinigungsatom A an dieser Grenzfläche der Membran zurückbleibt.Finally, the third process (3) is called "ion migration". In this case, an impurity anion A ~, which was not discharged by the interface discharge process (1) at the liquid membrane interface 50, succeeds in crossing the full thickness of the membrane, and it becomes at the opposite interface 51 after the reaction A ~ -> A - \ - e ~ discharged, whereby an impurity atom A remains at this interface of the membrane.

Die drei Prozesse (1) bis (3) lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: Die Grenzflächenentladung (1) ist der normalen Elektrodialyse ähnlich und ergibt eine Ablagerung von Feststoffen an der Flüssigkeitsmembran-Grenzfläche und eine gewisse Gasbildung. Der Ionenübertragungsprozeß (2), der statistisch gesehen der häufigste ist, der in der Vorrichtung erfolgt, führt zu einer Ablagerung von nicht entladenen Verunreinigungsionen, die sich innerhalb der Poren der Membran festgesetzt haben. Diese abgeschiedenen, nicht entladenen Ionen werden wegen des leitenden Charakters der Membran wirksam daran gehindert, irgendeinen Einfluß auszuüben, wobei jede Zelle oder Pore derselben als kleiner Faraday-Käfig wirkt und jedes darin möglicherweise festgesetzte, nicht entladene Ion abschirmt.The three processes (1) to (3) can be summarized as follows: The interface discharge (1) is similar to normal electrodialysis and results in the deposition of solids at the liquid membrane interface and some gas formation. The ion transfer process (2), from a statistical point of view the most common that occurs in the device leads to the deposition of undischarged impurity ions, which have settled within the pores of the membrane. These secluded, Due to the conductive nature of the membrane, undischarged ions are effectively prevented from to exert some influence, each cell or pore thereof acting as a small Faraday cage and shields any undischarged ion that may be trapped therein.

Die in der Membran abgelagerten, nicht entladenen Träger können daher kein starkes elektrisches Feld in der Grenzfläche 50 aufbauen, anders als bei metallischen Elektroden, bei denen eingebrachte Ladungsträger zum Aufbau starker parasitärer Felder führen, die erhebliche Verluste verursachen. In diesem Zusammenhang ist auch darauf hinzuweisen, daß alle metallischen, positiven Ladungsträgeratome, die die metallische Stützscheibe 14 (soweit eine solche Stützscheibe in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet wird) etwa abgeben könnte, daran gehindert werden, von der Grenzfläche 51 aus in die Membran 12 einzudringen, und zwar wegen der Undurchlässigkeit der anodisch selektiven Membran 12 in bezug auf diese Grenzfläche. Demzufolge können solche Metallkationen die Grenzfläche 51 nicht verlassen, wo sie sofort von Anionen neutralisiert werden, die entweder Verunreinigungsionen A~ in der letzten Wanderungsphase durch die Membran nach dem Prozeß (3) sein können, oder Membranionen, z. B. Cl"-Ionen, die in ähnlicher Weise sich dem Ende ihrer Wanderung nach dem Prozeß (2) nähern. Dieser zuletzt beschriebene Vorgang ist im unteren Teil von F i g. 4 schematisch dargestellt.The non-discharged carriers deposited in the membrane can therefore not generate a strong electric field of the interface 50, unlike in the case of metallic electrodes, in which charge carriers are introduced lead to the build-up of strong parasitic fields, which cause considerable losses. In this context it should also be pointed out that all metallic, positive charge carrier atoms which the metallic support disk 14 (if such a support disk is used in the embodiment according to FIG. 1 is) could for example be prevented from entering the membrane 12 from the interface 51 penetrate because of the impermeability of the anodically selective membrane 12 with respect to this interface. As a result, such metal cations cannot leave the interface 51 where they can are immediately neutralized by anions, which are either impurity ions A ~ in the last phase of migration through the membrane after process (3) can, or membrane ions, e.g. B. Cl "ions, which move in a similar manner towards the end of their migration approach the process (2). This last-described process is in the lower part of FIG. 4 schematically shown.

Zusammenfassend ergibt sich, daß im stationären Betrieb der Vorrichtung die Membran eine Ansammlung neutraler Verunreinigungsatome an ihrer Innenfläche öder der Membranflüssigkeits-Grenzfläche aufweist (sowie an ihrer Außenfläche, wenn eine metallische Stützscheibe verwendet wird) sowie eine Ansammlung von elektrisch geladenen, jedoch wirksam unschädlich gemachten Verunreinigungsionen, die in den Körperzellen oder Poren der Membran festgehalten werden.In summary, it can be seen that in stationary operation of the device, the membrane is an accumulation of neutral impurity atoms on their inner surface or the membrane-liquid interface (as well as on its outer surface if a metallic support washer is used) and an accumulation of electrically charged, but effectively rendered harmless impurity ions, which in are held in the body cells or pores of the membrane.

Die Speicherfähigkeit einer semipermeablen Membran zur Ansammlung von Verunreinigungsatomen und -ionen in der beschriebenen Weise ist außerordentlich groß, und es dauert sehr lange, bis die Membran unter normalen Betriebsbedingungen einen Sättigungszustand erreicht. Versuch und Berechnung ergeben, daß diese Speicherfähigkeit in der Größenordnung von mindestens 10~³ g Ionen je Gramm Membranmaterial liegt. Die Konzentration an Verunreinigungsionen in einer handelsüblich reinen polaren Flüssigkeit, wie sie zunächst in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht werden kann, ist nicht höher als etwa 10~⁵ g Ionen je Liter. Des weiteren kann die kombinierte Lösungsgeschwindigkeit von Verunreinigungen beider Vorzeichen der Behälterwände in der Flüssigkeit auf ein Maximum 10~⁹ g Ionen je Liter Flüssigkeit und Stunde geschätzt werden. Bei Annahme einer polaren Flüssigkeit mit einer Dicke oder Tiefe h, eingeschlossen zwischen zwei semipermeablen Membranen der Stärke e und einer Dichte von etwa Eins, beträgt die Zeit bis zur Sättigung der beiden Membranen -mit VerunreinigungenThe storage capacity of a semipermeable membrane for the accumulation of impurity atoms and ions in the manner described is extremely large, and it takes a very long time before the membrane reaches a state of saturation under normal operating conditions. Tests and calculations show that this storage capacity is in the order of magnitude of at least 10 ^-3 g ions per gram of membrane material. The concentration of impurity ions in a commercially pure polar liquid, such as it can be first introduced into the inventive device is not higher than about 10 ^-5 g ion per liter. Furthermore, the combined dissolution rate of impurities of both signs of the container walls in the liquid can be estimated at a maximum of 10 ~ ⁹ g ions per liter of liquid and hour. Assuming a polar liquid with a thickness or depth h, enclosed between two semipermeable membranes of thickness e and a density of about one, the time until the two membranes are saturated with impurities

T =T =

ΙΟ-³ - „ e ΙΟ- ³ - " e

ΙΟ-⁹ h ΙΟ- ⁹ h

-.. ■■ -■ - .. ■■ - ■

Wenn e = 0,3 mm und h = 6 mm, ist somit die Zeit T gleich 100 000 Stunden.Thus, when e = 0.3 mm and h = 6 mm, the time T is 100,000 hours.

Wenn demnach angemessene Werte für die Anfangsreinheit der polaren Flüssigkeit und für die Lösungs- geschwindigkeit der Verunreinigungen der Behälterwände und anderer Verunreinigungsquellen in dieser Flüssigkeit während des Betriebes angenommen werden, so dürfte die zum Erreichen der Sättigung der Membranen erforderliche Zeit im allgemeinen länger als die normale Lebensdauer jeden elektrischen Geräts sein. Es ist natürlich möglich, in vielen Fällen die halbdurchlässigen Membranen nach einer längeren Betriebszeit zu ersetzen, z. B. in Fällen, wo die polare Flüssigkeit anormal hoher Verunreinigung ausgesetzt ist.Accordingly, if adequate values for the initial purity of the polar liquid and for the solution rate of contamination of the container walls and other sources of contamination therein Liquid are accepted during operation, so that is likely to achieve saturation of the Diaphragms generally require more time than the normal life of any electrical device being. It is of course possible in many cases to use the semi-permeable membranes after a long period of operation to replace, e.g. B. in cases where the polar liquid is exposed to abnormally high pollution is.

Beim Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung sind die Membranen sehr starken elektrostatischen Kräften ausgesetzt, die bestrebt sind, sie nach innen zueinander hin zu bewegen. Nach der Erfindung können verschiedene Hilfsmittel angewendet werden, um diesen Kräften entgegenzuwirken und um einen lang dauernden Betrieb der Vorrichtung ohne strukturelle Schäden zu gewährleisten.When operating the device according to the invention, the membranes are very strong electrostatic Exposed to forces tending to move them inward towards each other. According to the invention Various aids can be used to counteract these forces and to to ensure long-term operation of the device without structural damage.

Hierzu können die in der Ausführungsform nach F i g. 1 enthaltenen Membranen 12,12' mit den Stützscheiben 14,14' durch einen geeigneten elektrisch leitenden Kleber verbunden werden, der gegen die Lösungswirkung der Flüssigkeit resi'stent ist. Ein solcher Kleber kann aus einem polymerisierbaren Harz bestehen, mit einer feinstzerteilten leitenden Substanz wie Metallpulver, z. B. Silber oder Platin, beigemengt mit einem Anteil von etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent, oder Graphitpulver, beigemengt in einem Anteil von 5 bis 50 Gewichtsprozent.For this purpose, in the embodiment according to FIG. 1 contained membranes 12,12 'with the supporting disks 14,14 'are connected by a suitable electrically conductive adhesive, which is against the Solution action of the liquid is resistant. Such an adhesive can be made of a polymerizable resin exist, with a finely divided conductive substance such as metal powder, e.g. B. silver or platinum added with a proportion of about 5 to 20 percent by weight, or graphite powder, added in a proportion of 5 to 50 percent by weight.

Das Gemisch aus Monomerem und leitenden Partikeln wird zwischen der Membran und der Stützscheibenoberfläche zusammen mit einem geeigneten Härtungs- oder Polymerisationsmittel aufgebracht, und nach dem Zusammenbau läßt man das Gemisch »in situ« polymerisieren.The mixture of monomer and conductive particles is between the membrane and the support disc surface applied along with a suitable curing or polymerizing agent and, after assembly, the mixture is left Polymerize “in situ”.

Anstatt oder zusätzlich zu dem Kleber kann die Flüssigkeit 21 unter Druck eingefüllt und gehalten werden, um die Membranen 12,12' gegen die Stütz-Instead of or in addition to the adhesive, the liquid 21 can be filled and held under pressure to the membranes 12,12 'against the support

309 534/368309 534/368

scheiben 14,14' mit einer Kraft zu pressen, die eine Trennung unter der Wirkung der elektrostatischen Kräfte verhindert.washers 14,14 'to press with a force that a Separation under the action of electrostatic forces is prevented.

Nach der Erfindung ist es auch möglich, die Membranen 12, 12' wesentlich dicker und damit steifer auszubilden, um damit die gewünschte mechanische Starrheit zu erzielen, die den elektrostatischen Kräften entgegenwirkt. Während herkömmliche semipermeable Membranen der für die Erfindung verwendbaren Art üblicherweise mit einer Stärke bis zu 0,3 mm hergestellt werden, sind für die Vorrichtung nach der Erfindung Membranen mit einer. Stärke von 0,5 bis 2 mm oder darüber wünschenswert. Membranen dieser Stärke sind außerdem zur Verwendung nach der Erfindung wegen der sich daraus ergebenden erhöhten Ionenspeicherfähigkeit vorteilhaft.According to the invention it is also possible to make the membranes 12, 12 'much thicker and thus more rigid, in order to achieve the desired mechanical rigidity against the electrostatic forces counteracts. While conventional semipermeable membranes of the type that can be used for the invention are usually made with a thickness of up to 0.3 mm, are for the device according to the invention Membranes with a. Thickness of 0.5 to 2 mm or more is desirable. Membranes of this thickness are also for use according to the invention because of the resulting increased ion storage capacity advantageous.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in F i g. 2 dargestellt, in der die Membran aus einem selektiv durchlässigen Ionenaustauschmaterial 22 mit darin eingebetteter Verstärkung 24 besteht, die ein Gitter oder Drahtnetz sein kann, das aus geeignetem, nicht korrodierendem, elektrisch leitendem Material hergestellt sein kann, wie beispielsweise einer Iridium-Tantal-Legierung, Platin od. dgl. Das Ionenaustauschmaterial ist um das Metallnetz in bekannter Weise herumgeformt. Bei einer solchen Konstruktion kann das Drahtnetz als Potentialverteiler für die selektive Membranelektrode dienen. Hierzu ist ein Leitungsstab 23 mit dem Zentrum des Drahtnetzes verlötet und dient zur Verbindung mit einer Hochspannungsquelle nach Fi g. 1. Bei dieser Ausführungsform können die Stützelemente 14,14' nach F i g. 1 fortgelassen oder nach-F i g. 3 durch Stützen aus Isoliermaterial ersetzt werden. ■ : .Another embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 2 shown in which the membrane consists of a selectively permeable ion exchange material 22 with reinforcement 24 embedded therein, which can be a grid or wire mesh made of suitable, non-corrosive, electrically conductive Material can be made, such as an iridium-tantalum alloy, platinum or the like. The ion exchange material is molded around the metal mesh in a known manner. With such a In the construction, the wire mesh can serve as a potential distributor for the selective membrane electrode. This is a wire rod 23 is soldered to the center of the wire mesh and is used for connection to a high voltage source according to Fig. 1. In this embodiment, the support elements 14, 14 'according to FIG. 1 omitted or after-F i g. 3 can be replaced by supports made of insulating material. ■:.

In der teilweise in F j g. 3 dargestellten Ausführungsform sind diejenigen Teile, deren Funktion denjenigen von F i g. 1 entspricht, mit den gleichen Bezugszahlen plus dreißig bezeichnet. Der allgemeine Aufbau gleicht demjenigen nach Fi g. 1 und umfaßt einen Ringkörper 31, eine hier beidseitig plane obere Platte 38 und ein Stützglied 44 aus Isoliermaterial, das in seiner Form dem Stützelement 14 aus Metall nach F i g. 1 entspricht. Das Stützglied 44 ist an seiner Außenfläche in der Mitte durch einen Zapfen 54 abgestützt, der in einer in der oberen. Platte 38 ausgebildeten Zentrieröffnung sitzt. Der Zapfen 54 kann entbehrlich sein, und/oder das isolierende Stützglied 44 kann eine Einheit mit der Platte 38 bilden. Die semipermeable leitende Membran 42 ist über die Innenfläche des Stützglieds 44 gespannt, und ihr Rand ist zwischen der ringförmigen Fläche ι der in dem Ringkörper 31 gebildeten Stufe 33 und der planen unteren Fläche eines aus gut leitendem Metall hergestellten Ringes 56 eingeklemmt, dessen plane obere Fläche von der hier ebenfalls planen Innenfläche der oberen Platte 38 festgehalten wird. Ein Metallstab oder Draht 43 ist mit einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden. Die Membran 42 kann mit ihrer Außenfläche mit der angrenzenden Innenfläche des Stützglieds 44 mittels einer in situ polymerisierten Schicht aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Kleber 58 verkittet sein. Die Membran 42 kann gewünschtenfalls eine Drahtgitterverstärkung 24 nach F i g. 2 enthalten, in welchem Falle der Draht 43 mit dieser Verstärkung verbunden sein kann. Diese in F i g. 3 A teilweise gezeigte Ausführungsform der semipermeablen Membran 62 weist eine leitende Drahtgitterverstärkung 64 auf. Ein Umfangssegment der Membran 62 ist an der oberen oder Außenseite des Drahtgitters 64 ringförmiL weggeschnitten, damit letzteres sich in gutem elektrischem Kontakt mit dem leitenden Metallring 5< befindet.In the partially shown in FIG. 3 are those parts whose function is similar to that of FIG. 1, denoted by the same reference numerals plus thirty. The general structure is the same as that according to FIG. 1 and comprises an annular body 31, an upper plate 38, which is planar on both sides, and a support member 44 made of insulating material, the shape of which corresponds to the support element 14 made of metal according to FIG. 1 corresponds. The support member 44 is supported on its outer surface in the middle by a pin 54 which is in one in the upper. Plate 38 formed centering hole is seated. The pin 54 can be dispensed with and / or the insulating support member 44 can form a unit with the plate 38. The semipermeable conductive membrane 42 is stretched over the inner surface of the support member 44, and its edge is clamped between the annular surface ι of the step 33 formed in the ring body 31 and the flat lower surface of a ring 56 made of highly conductive metal, its flat upper surface is held by the inner surface of the upper plate 38, which is also flat here. A metal rod or wire 43 is connected to a high voltage source, not shown. The outer surface of the membrane 42 can be cemented to the adjoining inner surface of the support member 44 by means of an in situ polymerized layer of a suitable electrically insulating adhesive 58. The membrane 42 can, if desired, have a wire mesh reinforcement 24 as shown in FIG. 2, in which case the wire 43 may be connected to this reinforcement. These in FIG. 3 A, the partially shown embodiment of the semipermeable membrane 62 has a conductive wire mesh reinforcement 64. A circumferential segment of the membrane 62 is cut away in an annular shape on the upper or outer side of the wire mesh 64 so that the latter is in good electrical contact with the conductive metal ring 5 .

Für die meisten praktischen Anwendungen ist die Vorrichtung nach der Erfindung mit zwei semipermeablen Membranen mit entgegengesetzten selektiven Eigenschaften nach F i g. 1 ausgestattet. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Reinigungswirkung derFor most practical applications, the device according to the invention is semipermeable with two Membranes with opposite selective properties according to FIG. 1 equipped. However, it is point out that the cleaning effect of the

ίο beiden Membranen weitgehend voneinander unabhängig ist, so daß eine Vorrichtung, die selektiv semipermeable Membranen derselben Art als Elektrode gemäß der Erfindung enthält, z. B. anodische Membranen oder kathodische Membranen, betriebsfähig ist. Solche Vorrichtungen können beispielsweise dort verwendet werden, wo eine dielektrische polare Flüssigkeit nur von einer Art von Verunreinigungen befreit werden soll, oder wo die Flüssigkeit in relativer Bewegung ist und hintereinander einer anodisch selektiven Membran und einer kathodisch selektiven Membran ausgesetzt ist.ίο both membranes largely independent of each other is, so a device that selectively uses semipermeable membranes of the same type as an electrode according to the invention contains e.g. B. anodic membranes or cathodic membranes, operational is. Such devices can for example be used where there is a dielectric polar liquid only needs to be rid of one type of impurity, or where the liquid is in relative motion is and one behind the other an anodically selective membrane and a cathodically selective membrane is exposed.

Die Erfindung ist in erster Linie für Geräte anwendbar, bei denen im Betrieb ein starkes elektrisches Feld in einer Richtung vorhanden ist. Das Feld kann ein konstantes oder variables Gleichspannungsfeld sein.The invention is primarily applicable to devices in which a strong electrical power supply is in operation Unidirectional field exists. The field can be a constant or variable DC voltage field.

Die verwendbaren polaren Flüssigkeiten könnenThe polar liquids that can be used can

beliebige organische Flüssigkeiten sein, die einen sehr niedrigen natürlichen Ionisierungsfaktor aufweisen, damit ihr theoretischer spezifischer Widerstand, der in direkter Beziehung zu der Ionendissoziationskohstante steht, sehr hoch ist. Beispiele hierfür sind Nitrobenzol, Nitrotoluol, Aceton und Acetonitril. Die selektiv permeablen Membranen können aus irgendeinem geeigneten Ionenaustauschmaterial hergestellt werden, das eine ausreichende Leitfähigkeit aufweist, z. B. einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als etwa 10⁸ Ohm · cm im trockenen oder dehydrierten Zustand. Selektiv durchlässige Membranen der American Machine Foundry Corporation und der Ionics Incoporated haben sich für die Zwecke der Erfindung als.geeignet erwiesen, doch können auch andere Arten verwendet werden, sofern sie die angegebenen Eigen^ schäften aufweisen.be any organic liquids which have a very low natural ionization factor so that their theoretical specific resistance, which is directly related to the ion dissociation constant, is very high. Examples are nitrobenzene, nitrotoluene, acetone and acetonitrile. The selectively permeable membranes can be made from any suitable ion exchange material that has sufficient conductivity, e.g. B. a resistivity of no more than about 10 ⁸ ohm · cm when dry or dehydrated. Selectively permeable membranes from American Machine Foundry Corporation and Ionics Incoporated have been found suitable for the purposes of the invention, but other types can be used provided they have the stated properties.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der Beseitigung von Raumladungseffekten, die sich aus dem örtlichen lonenaufbau an der Flüssigkeit/ Metall-Grenzfläche herkömmlicher metallischer Elektroden ergeben. Solche Raumladungserscheinungerf verursachen inhomogene Feldverteilungen in der Flüssigkeit in der Nachbarschaft der Elektrodenflächen und führen zu Feldverzerrungen und hohen örtlichen Verlusten durch Ladungsträgerinjektion und Joulesche Wärme. Diese Schwierigkeiten beschränkten bisher die Feldstärken, bei denen flüssige dielektrische Medien verwendet werden konnten. In Vorrichtungen nach der Erfindung gestattet der vollständig offenporige Charakter des Elektrodenmaterials in bezug auf die Ionen und der sich daraus ergebende Wegfall der Raumladung im Bereich der Elektrodenoberflächen eine Erhöhung der zulässigen Feldstärken.A major advantage of the invention is the elimination of space charge effects that arise from the local ion build-up at the liquid / metal interface of conventional metallic electrodes result. Such space charge phenomena cause inhomogeneous field distributions in the Liquid in the vicinity of the electrode surfaces and lead to field distortions and high local Losses from charge carrier injection and Joule heat. So far, these difficulties have limited the field strengths at which liquid dielectric media could be used. In fixtures according to the invention allows the completely open-pored character of the electrode material in relation to on the ions and the resulting loss of space charge in the area of the electrode surfaces an increase in the permissible field strengths.

Bei einigen Anwendungen der Erfindung kann es wünschenswert sein, einen Flüssigkeitskreislauf durch die Kammer vorzusehen, z. B. aus Gründen der Temperaturüberwachung. Ein solcher Flüssigkeitskreislauf sollte bei so langsamer Durchflußgeschwindigkeit durchgeführt werden, daß die die Erfindung kennzeichnenden lonenaustauschprozesse ungehindert ablaufen können. - ■■*■■■ In some applications of the invention it may be desirable to provide a fluid circuit through the chamber, e.g. B. for reasons of temperature monitoring. Such a liquid cycle should be carried out at such a slow flow rate that the ion exchange processes characterizing the invention can proceed unhindered . - ■■ * ■■■

Eine mögliche Anwendung der Erfindung besteht in der Herstellung von polaren Flüssigkeiten hoher Reinheit und entsprechend guter elektrischer Eigenschaften. Dabei kommt es darauf an, die Flüssigkeit in Berührung mit voneinander in Abstand angeord-One possible application of the invention is in the production of higher polar liquids Purity and correspondingly good electrical properties. It depends on the liquid in contact with spaced apart

neten Elektroden aus positiven bzw. negativen Ionenaustauschmaterialien hoher elektrischer Leitfähigkeit zu halten und an die Elektroden eine vorzugsweise langsam steigende Gleichspannungspotentialdifferenz anzulegen.Neten electrodes made of positive or negative ion exchange materials to keep high electrical conductivity and to the electrodes one preferably to apply slowly increasing DC voltage potential difference.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for generating an electric field of high field strength for electrodialytic Cleaning of liquids, consisting of two electrodes arranged in a container, between which are spaced two selectively permeable membranes good electrical Conductivity of ion-exchanging material extend over the entire cross-section of the container and delimit a chamber with a non-conductive liquid of high dipole moment than Dielectric is filled, characterized in that that the membranes (12, 12 ') directly adjoin the electrodes or are themselves designed as electrodes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the semipermeable membranes (12, 12 ') have a specific resistance of not more than about 10 ^β ohm · cm in the dry state.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid (21) facing away The outer surface of each membrane (12, 12 ') rests on a support disk (14, 14').

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the membranes (12, 12 ') by means of an adhesive are glued onto the corresponding support disks (14, 14 ').

5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that the supporting disks (14, 14 ') and the adhesive are electrically conductive and that the support disks (14, 14') with the corresponding Connections of a high voltage source (10) are connected.

6. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid (21) facing away The outer surface of the membranes (42) each rests on an electrically insulating support member (44).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the membranes (42) by means of an adhesive (58) are glued to the support members (44).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the over the support disks (14, 14 ') held in the pretensioned state membranes (12, 12') on their circumference can be clamped against the container side wall by a clamping device (10).

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the clamping device from a metal ring (56) through which the voltage from the high voltage source. (10) the Membranes (42) can be fed.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the membranes (42) an electrically conductive wire mesh (24) which increases its mechanical strength which is connected to the high voltage source (10) via an electrical conductor (23).

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the membranes (12,12 ') are installed so that they can be easily replaced.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the liquid (21) is under high pressure in the container.

13. Device according to one of claims 1

to 12, characterized in that it has a window (15) for an optical path through the liquid (21) perpendicular to the direction of the electric field and works as a Kerr cell.

14. Use of the device according to one of claims 1 to 13 for cleaning non-conductive Liquids.